JP2007019076A - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトリソグラフィ工程の一層の高効率化を可能とする露光装置又は露光方法を提供する。
【解決手段】露光装置１に、動作制御により露光パターンを形成することが可能な露光パターン形成手段と、前記露光パターン形成手段の動作を制御して前記露光パターン形成手段に所望の露光パターンを形成させる制御部１２と、前記露光パターンを基板上で走査する偏向反射手段としてのガルバノミラ−９とを設け、ガルバノミラ−９のミラー面に前記露光パターンを該露光パターンと同一の複数の露光パターンに分岐させ、分岐した複数の露光パターンで同時に基板の露光を行う反射型回折光学素子を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は露光装置及び露光方法に関し、例えば、半導体基板のリソグラフィ工程に使用される露光装置及び露光方法に関する。

従来から、フォトリソグラフィ工程に用いる露光装置として、所定の露光パターンを基板上に投影して露光パターンを形成する縮小投影露光装置が広く用いられている。また、縮小投影露光装置では１度の露光でパターン投影可能な領域が限られるため、基板を支持するステージの移動によって、基板上に分割された露光領域をパターン投影可能な領域へ順次移動させてパターン露光を行うステップ・アンド・リピート方式が採用されている。

更に、近年ではフォトリソグラフィ工程の一層の高効率化及び低コスト化の要請から、走査型の露光装置が提案されている。例えば、光源の出力光をパターン情報に応じて変調する光変調素子（ＤＭＤ：Digital Micro-mirror Device）で露光パターンを形成し、ポリゴンミラーで主走査方向に偏向することによって走査露光する露光装置が提案されている（特許文献１）。このような走査型露光装置では、１パターン露光する毎に光の走査によって露光領域を移動し、基板上に分割された露光領域を順次露光する方式が採用されていた。
特表２００４−５１４２８０号公報

しかしながら、上記の走査型露光装置では１度の露光で１パターンしか露光することができず、複数パターンを露光する場合は１パターン毎に露光領域を移動させる必要があることから、露光に時間がかかるという問題があった。

本発明の課題は、複数パターンの露光を高効率化することを可能とする露光装置又は露光方法を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、露光装置であって、動作制御により露光パターンを形成することが可能な露光パターン形成手段と、前記露光パターン形成手段の動作を制御して前記露光パターン形成手段に所望の露光パターンを形成させる制御手段と、前記露光パターンを該露光パターンと同一の複数の露光パターンに分岐させ、分岐した複数の露光パターンで同時に基板の露光を行う反射型回折光学素子と、前記露光パターンを基板上で走査する偏向反射手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の露光装置であって、前記偏向反射手段はガルバノミラーにより構成され、該ガルバノミラーのミラー面に前記反射型回折光学素子が形成されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の露光装置であって、前記露光パターン形成手段は、角度可変なミラーが縦横に並設され該ミラーの各々の角度を独立制御可能であり、前記制御手段が前記ミラーの各々の角度を独立に制御することによって前記ミラーにより露光パターンを形成することが可能な空間光変調手段であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、露光方法であって、露光パターンを偏向反射する偏向反射手段を使用して前記露光パターンを基板上で走査して前記露光パターンにより基板を露光する露光方法であって、前記露光パターンを該露光パターンと同一の複数の露光パターンに分岐させる反射型回折光学素子を使用することにより、分岐した複数の露光パターンで同時に基板の露光を行うことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の露光方法であって、前記偏向反射手段としてミラー面に前記反射型回折光学素子が形成されたガルバノミラーを使用することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項４又は請求項５記載の露光方法であって、前記露光パターン形成手段として角度可変なミラーが縦横に並設され該ミラーの各々の角度を独立制御可能な空間光変調手段を使用し、前記ミラーの各々の角度を独立に制御して前記空間光変調手段の前記ミラーによって露光パターンを形成することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、露光パターン形成手段によって多様な露光パターンを作成することが可能であり、また、偏向反射手段によって露光パターンを走査することにより速やかに露光を行うことが可能となる。更に、露光パターンを分岐させる反射型回折光学素子を備えることから、１度の露光で複数パターンを露光することが可能となり、光の走査回数を減少させることができる。これにより、露光を高効率化することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、偏向反射手段としてのガルバノミラーのミラー面に反射型回折光学素子が形成されていることから、偏向反射手段及び反射型回折光学素子の一体化により、露光装置の省スペース化を図ることができる。また、偏向反射手段と反射型回折光学素子との間に複数のレンズなどの光学系を別途使用する必要がなく、露光装置の構成が簡易化される。

請求項３に記載の発明によれば、露光パターン形成手段は空間光変調手段であることから、多様な露光パターンを短時間で簡易に作成することができる。これにより、マスクの製造が更に高効率化される。

請求項４に記載の発明によれば、偏向反射手段を使用して光を走査することにより、速やかに露光を行うことが可能となる。更に、露光パターンを分岐させる反射型回折光学素子を使用することによって、１度の露光で複数パターンを露光することが可能となり、光の走査回数を減少させることができる。これにより、露光方法を高効率化することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、偏向反射手段としてミラー面に反射型回折光学素子が形成されたガルバノミラーを使用することから、偏向反射手段及び反射型回折光学素子の一体化により、露光に用いる装置の省スペース化を図ることができる。また、偏向反射手段と反射型回折光学素子との間に複数のレンズなどの光学系を別途使用する必要がなく、露光に用いる装置の構成が簡易化される。

請求項６に記載の発明によれば、露光パターン形成手段として空間光変調手段を使用することから、多様な露光パターンを短時間で簡易に作成することができる。これにより、マスクの製造が更に高効率化される。

本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は本実施形態に係る露光装置１の光学系を示したものである。

本実施形態に係る露光装置１は、露光パターン形成手段として、光源２（図２参照）の出力光をパターン情報に応じて変調することにより光学像を形成する空間光変調手段であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）３を備えている。

ＤＭＤ３は、半導体素子上に微細なミラーエレメントを格子状に敷き詰めて、１枚のパネルとして形成したものであり、それぞれのミラーが独立して傾斜角度を変えることによって、光源２の出力光の投射をＯＮ／ＯＦＦできるようになっている。

光源２としては一般にＤＭＤに使用される公知の光源を使用することが可能であり、例えば、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ又は発光ダイオードなどを使用することができる。

なお、露光パターン形成手段としては、ＤＭＤ３の他に半導体レーザアレイ又は発光ダイオードアレイなどを用いることもできる。

図１に示すように、ＤＭＤ３から投射される光の光路には、コリメータレンズ４、テレセントリック光学系を構成するレンズ５，６、絞り面７，８、偏向反射手段としてのガルバノミラー９及び結像レンズ１０が設けられている。

コリメータレンズ４はＤＭＤ３から投射される発散光を平行光に整形するようになっており、絞り面７はコリメータレンズ４を透過した光を絞るようになっている。また、テレセントリック光学系を構成するレンズ５，６は、前側レンズ５の後側焦点と後側レンズ６の前側焦点が一致するように配列されており、この焦点位置に絞り面８を設けて、レンズ５，６と像面の距離が多少変化しても像の寸法が変わらないようにしている。

ガルバノミラー９は、ミラーの振り角度に応じて光源２の出力光の主光線を光軸と平行に移動するようになっている。これにより、図１に示すように、光源２からの出力光を基板上の露光領域（ａ）から露光領域（ｃ）の方向に走査するようになっている。

また、本実施形態のガルバノミラー９には、ミラー面に反射型の回折光学素子（Diffractive Optical Element）が形成されている。本実施形態の反射型回折光学素子は、ＤＭＤ３から投射された光を３つに分岐させて反射する機能を有している。これにより、図１に示すように、ＤＭＤ３で形成したパターンを３つに分岐させて、基板上に３つの同じパターンを所定の間隔で露光するようになっている。

ここで、反射型回折光学素子は光を３つ以上の複数に分岐させる機能を持つように形成することも可能であり、光の分岐に加えて、光の方向を制御する機能や、光を整形させる機能を持つように形成することも可能である。例えば、光の方向制御としては、３つのパターンの間隔がないように露光することが可能である。また、光の整形としては、楕円形に発光した光をほぼ方形又は矩形に整形させることが可能である。

結像レンズ１０は、ガルバノミラー９から投射されたパターンをステージに支持された基板上に照射するようになっている。本実施形態では、１枚の結像レンズ１０に複数の分岐光が入射する構成となっているが、それぞれの分岐光に対応する複数の結像レンズ１０を設ける構成とすることもできる。

次に、図２に本実施形態の露光装置１の機能的構成を示す。

図２に示すように、本実施形態の露光装置１は制御装置１１を備えている。

制御装置１１はＤＭＤ３の動作を制御する制御手段としての制御部１２を備えており、制御部１２は、ＲＯＭに記録された処理プログラムをＲＡＭに展開してＣＰＵによってこの処理プログラムを実行することにより、露光装置１の各構成部分を駆動制御するようになっている。

また、制御装置１１はキーボード又はマウスなどから構成される入力部１３を備えており、ユーザによって露光パターンに関する指示入力ができるようになっている。また、制御装置１１が備える図示しない記録媒体装填部にディスクなどの記録媒体などを装填し、その記録媒体から露光パターンに関する情報を読み出すようにすることも可能である。

また、制御装置１１は、半導体メモリなどからなる記憶部１４を備えており、記憶部１４は、入力部１３から入力された露光パターンに関する情報を記録する記録領域を有している。また、記憶部１４は、例えばフラッシュメモリなどの内蔵型メモリや着脱可能なメモリカードやメモリスティックであってもよく、また、ハードディスク又はフロッピー（登録商標）ディスクなどの磁気記録媒体などであってもよい。

図２に示すように、制御装置１１には光源２、ＤＭＤ３、偏向反射手段としてのガルバノミラー９及びステージ駆動部１５が接続されている。

光源２は、制御部１２によってＯＮ／ＯＦＦが制御されるようになっている。

ＤＭＤ３は、制御部１２の指示信号に基づいてミラーの傾斜角度を変えて、所定の露光パターンに対応するミラーの光の投射をＯＮとすることにより、様々な露光パターンを形成することができるようになっている。

ガルバノミラー９は、制御部１２からの指示信号に基づき、振り角度に応じて光源２の出力光の主光線を光軸と平行に移動して光源２の出力光を走査することにより、基板上の露光領域を移動させるようになっている。

ステージ駆動部１５は、基板を支持するステージの上下移動や傾斜を制御することにより、結像レンズ１０から基板上に入射する光の位置を調整するようになっている。

次に、本実施形態に係る露光装置１を使用した露光方法について説明する。

制御装置１１の記憶部１４は、ユーザが予め入力部１３で入力した露光パターン又は入力部１３で記録媒体から読み出された露光パターンを記憶する。

また、ユーザは、基板をステージに支持させる。

露光が開始されると、制御部１２は入力部１３からの指示信号などに基づき、記憶部１４から目的に応じた所定の露光パターンを読み出す。

続いて、制御部１２が光源２をＯＮにすると光源２の出力光はＤＭＤ３に照射される。ＤＭＤ３は、制御部１２の指示信号に基づいてミラーの傾斜角度を変えることにより、所定の露光パターンに対応するミラーの光の投射をＯＮとする。これにより、ＤＭＤ３で所定の露光パターンを形成する。

次に、ＤＭＤ３から投射された光はコリメータレンズ４で平行光に整形され、絞り面７及びテレセントリック光学系を構成するレンズ５，６と絞り面８を透過して、ガルバノミラー９に照射される。

ガルバノミラー９に光が照射されると、ミラー面に形成された反射型回折光学素子は光を３つに分岐させて反射する。これにより、図１に示すように、ＤＭＤ３で形成された露光パターンは３つに分岐され、結像レンズ１０を透過して、ステージに支持された基板上の露光領域（ａ）に照射される。こうして、まず基板上の露光領域（ａ）が所定の間隔をおいた３つの同じパターンによって露光される。

続いて、ガルバノミラー９は制御部１２からの指示信号に基づき、振り角度に応じて光源２の出力光の主光線を光軸と平行に移動させる。これにより、図１に示すように、光源２の出力光を基板上の露光領域（ａ）から露光領域（ｂ）に走査する。次に、露光領域（ｂ）が所定の間隔をおいた３つの同じパターンによって露光されると、光源２の出力光を基板上の露光領域（ｂ）から露光領域（ｃ）に走査する。このように、ガルバノミラー９は、反射型回折光学素子で分岐された３つのパターンが露光されるごとに光を走査して、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の順番で基板上の露光領域を順次露光させる。

以上のように本実施形態に係る露光装置１によれば、露光パターン形成手段としてＤＭＤ３を使用することから、多様な露光パターンを短時間で簡易に作成することが可能となる。また、ガルバノミラー９で光を走査することにより、速やかに露光を行うことが可能となる。更に、露光パターンを３つに分岐させる反射型回折光学素子を備えることから、１度の露光で３つのパターンを露光することが可能となり、光の走査回数を減少させることができる。これにより、露光を高効率化することができる。

また、ガルバノミラー９のミラー面に反射型回折光学素子を形成することにより、ガルバノミラー９及び反射型回折光学素子を一体化して、露光装置１の省スペース化を図ることができる。これにより、ガルバノミラー９と反射型回折光学素子との間に複数のレンズなどの光学系を別途使用する必要もなく、露光装置１の構成が簡易化される。

以上詳細に説明したように本発明の露光装置によれば、走査回数の減少により、露光を高効率化すると共に、利便性に優れた露光装置を得ることが可能となる。

また、露光装置の省スペース化を図ることができると共に、露光装置の構成が簡易化される。

更に、多様な露光パターンを短時間で簡易に作成することができることから、マスクの製造が更に高効率化される。

本発明の実施の形態に係る露光装置の光学系を示す図である。 本発明の実施の形態に係る露光装置の機能的構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 露光装置
２ 光源
３ ＤＭＤ
４ コリメータレンズ
５，６ レンズ
７，８ 絞り面
９ ガルバノミラー
１０ 結像レンズ
１１ 制御装置
１２ 制御部
１３ 入力部
１４ 記憶部
１５ ステージ駆動部

Claims (6)

1. 動作制御により露光パターンを形成することが可能な露光パターン形成手段と、前記露光パターン形成手段の動作を制御して前記露光パターン形成手段に所望の露光パターンを形成させる制御手段と、前記露光パターンを該露光パターンと同一の複数の露光パターンに分岐させ、分岐した複数の露光パターンで同時に基板の露光を行う反射型回折光学素子と、前記露光パターンを基板上で走査する偏向反射手段と、を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記偏向反射手段はガルバノミラーにより構成され、該ガルバノミラーのミラー面に前記反射型回折光学素子が形成されていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記露光パターン形成手段は、角度可変なミラーが縦横に並設され該ミラーの各々の角度を独立制御可能であり、前記制御手段が前記ミラーの各々の角度を独立に制御することによって前記ミラーにより露光パターンを形成することが可能な空間光変調手段であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の露光装置。
4. 露光パターンを偏向反射する偏向反射手段を使用して前記露光パターンを基板上で走査して前記露光パターンにより基板を露光する露光方法であって、前記露光パターンを該露光パターンと同一の複数の露光パターンに分岐させる反射型回折光学素子を使用することにより、分岐した複数の露光パターンで同時に基板の露光を行うことを特徴とする露光方法。
5. 前記偏向反射手段としてミラー面に前記反射型回折光学素子が形成されたガルバノミラーを使用することを特徴とする請求項４記載の露光方法。
6. 前記露光パターン形成手段として角度可変なミラーが縦横に並設され該ミラーの各々の角度を独立制御可能な空間光変調手段を使用し、前記ミラーの各々の角度を独立に制御して前記空間光変調手段の前記ミラーによって露光パターンを形成することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の露光方法。

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